Cu(CuM)-MOx/氮掺杂多孔碳纳米线球的组装及其对CO2电催化还原高效产丙醇性能

批准号:
21771002
项目类别:
面上项目
资助金额:
65.0 万元
负责人:
陈平
依托单位:
学科分类:
B0103.团簇与纳米化学
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
吴振玉、方芳、宛伟、张黎、陆闻超、侯北华、廖敏吉、张海霞
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中文摘要
当前电催化还原CO2主要得到一碳产物和二碳产物,很难高效率地获得三碳产物。针对此问题,拟组装一系列电催化还原CO2产生丙醇的高效率电催化剂。用绿色可再生的生物质甲壳素为碳源和氮源,将“组装高分子纳米线球方法”和我们报道的Co/Co3O4/C-N 纳米结构材料制备方法相结合,将纳米铜(或铜合金)-金属氧化物结构(Cu(CuM)-MOx)原位复合到氮掺杂多孔碳纳米线上,形成线球结构材料(Cu(CuM)-MOx/氮掺杂多孔碳纳米线球)。表征其形貌、尺寸、相结构、比表面积和孔特征、元素组成与分布等,测试其对CO2电催化还原性能。材料囊括了含大量表面缺陷的纳米铜(或铜合金)、金属氧化物和氮掺杂多孔碳等成分和具有高比表面积和多孔性等特征,通过尺寸、组成和结构等调控来实现高效率地电催化还原CO2产生丙醇。该研究不仅可获得一系列新颖的三维纳米结构材料,而且可消减大气中的CO2气体、获得高附加值的产物丙醇。
英文摘要
Currently, the main products of CO2 electrocatalytical reduction are the products containing one carbon or two carbon atoms. It is very difficult to obtain the products with three carbon atoms from the CO2 reduction. Facing the problem, this project intends to design a series of high-performance electrocatalysts of CO2 reduction to produce propanol. The green and renewable chitin is used as carbon and nitrogen source. In order to prepare the materials, we plan to combine “the method of assembly of nanosphere which is made of polymer nanowires” and the method of preparation of Co/Co3O4/C-N nanostructure reported by us. Cu(CuM)-MOx nanostructure can be tightly loaded on the nitrogen-doped carbon nanowires and the nanospheres can be formed.The nanospheres are made of the Cu(CuM)-MOx/nitrogen-doped porous carbon nanowires. Then, we characterize the material such as morphology, size, compose, surface area and pore, element composition and distribution etc. And we measure the electrocatalytical activities to reduce CO2. The materials contain the Cu(CuM)with many defects on the surface, MOx and nitrogen-doped porous carbon. And we want to control the size, constitute and structure to obtain the excellent electrocatalysts for CO2 reduction to produce propanol. The implementation of this project will not only obtain a series of new nanomaterials, and also can reduce the CO2 in the air and simultaneously obtain propanol, which is high-value-added product.
如何有效地减少CO2的排放, 已经成为重要研究课题。其中电化学还原CO2倍受青睐。其性能本质上取决于电催化剂的性能。当前电催化还原CO2很难高效率地获得二碳、三碳产物。研究发展高效率催化CO2还原为二碳产物、丙醇等深度还原产物的电催化剂具有重要意义。首先制备了铜纳米线,经高温下热处理再低电位下还原,获得了部分氧化的铜纳米线r-Cuox,其中r-Cuox(350)电催化剂具有催化二氧化碳还原效率高、电流密度大、稳定性好等特点。提出快速、简易制备Cu-Sn,Cu-In,Cu-Pb, Bi-Sn, Bi-Cu等一系列复合金属纳米材料分别负载在碳纸上的电催化剂,其中Cu-Sn催化剂在电位为-1.8 V时,电化学还原CO2产生CO的法拉第效率可达到96%,电流密度达到55 mA•cm-2,并有极好的稳定性。我们发展了铜银复合纳米材料,在−0.58 v(vs.RHE)的低电位条件下,该材料电催化CO还原为正丙醇的法拉第效率达到 25 %,而原始Cu仅为11 %。制备CuS纳米材料,将其负载到气体扩散电极上,再通过电化学还原转化为铜纳米材料,其催化还原CO产生63%的C2+产物(包含乙烯,乙醇以及乙酸等具有高附加值的二碳产物),同时产生三碳产物正丙醇(13%)和烯丙醇(11%)。电化学尿素氧化反应(UOR)作为传统析氧反应制氢或电催化CO2或CO还原的理想替代阳极半反应,创新性地合成了一种负载在泡沫镍上的亚铁氰化镍催化剂,其具有优越的电催化尿素氧化性能,在1.35 V(vs. RHE)电位下达到100 mA cm-2电流密度。制备了几种性能优越的氧气电催化还原产生双氧水电催化剂,如通过微波-液氮结合的处理方法将商业化介孔碳材料在一分钟内使其变成高效的产生双氧水电催化剂。发展了利用真菌菌丝对不同有机染料的生物富集来制备杂原子掺杂碳纤维材料的新策略。发展了一种制备高比表面积的氮、铁共掺杂多孔碳材方法。
期刊论文列表
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N-doped carbon nanotubes derived from waste biomass and its electrochemical performance
废弃生物质中氮掺杂碳纳米管及其电化学性能
DOI:10.1016/j.matlet.2019.127146
发表时间:2020-02
期刊:Materials Letters
影响因子:3
作者:Zhao Jing-Ru;Hu Jun;Li Jiang-Feng;Chen Ping
通讯作者:Chen Ping
Electrocatalyst derived from fungal hyphae and its excellent activity for electrochemical production of hydrogen peroxide
源自真菌菌丝的电催化剂及其电化学生产过氧化氢的优异活性
DOI:10.1016/j.electacta.2019.04.011
发表时间:2019-06
期刊:Electrochimica Acta
影响因子:6.6
作者:Zhang Hai Xia;Yang Shi Chao;Wang Yun Lu;Xi Jian Chao;Huang Jing Cheng;Li Jiang Feng;Chen Ping;Jia Rong
通讯作者:Jia Rong
Syngas production from electrocatalytic CO2 reduction with high energetic efficiency and current density
通过电催化二氧化碳还原生产合成气,具有高能量效率和电流密度
DOI:10.1039/c9ta01932d
发表时间:2019-04-07
期刊:JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A
影响因子:11.9
作者:Chen, Ping;Jiao, Yan;Qiao, Shi-Zhang
通讯作者:Qiao, Shi-Zhang
A three-dimensional nanostructure of NiFe(OH) (X) nanoparticles/nickel foam as an efficient electrocatalyst for urea oxidation.
NiFe(OH)(X)纳米颗粒/泡沫镍的三维纳米结构作为尿素氧化的高效电催化剂
DOI:10.1039/d1ra01276b
发表时间:2021-05-06
期刊:RSC advances
影响因子:3.9
作者:
通讯作者:
Heteroatom-doped nanoporous carbon from recyclable Pueraria lobata and its dual activities for oxygen reduction and hydrogen evolution reactions.
来自可回收葛根的杂原子掺杂纳米多孔碳及其氧还原和析氢反应的双重活性
DOI:10.1039/c8ra03572e
发表时间:2018-07-02
期刊:RSC ADVANCES
影响因子:3.9
作者:Lu, Wen-Chao;Zhu, Zi-Chun;Hou, Bei-Hua;Zhang, Hai-Xia;Liao, Min-Ji;Wu, Zhen-Yu;Chen, Ping
通讯作者:Chen, Ping
三价镍氧化物纳米带阵列电催化材料的制备及其对尿素的高效催化氧化性能
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:54万元
- 批准年份:2022
- 负责人:陈平
- 依托单位:
氨基酸或多肽诱导氮掺杂石墨烯/金属氮化物纳米薄膜组装合成与其电催化性能研究
- 批准号:21271005
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:78.0万元
- 批准年份:2012
- 负责人:陈平
- 依托单位:
国内基金
海外基金
